انواع پلی استایرن| ویژگی و کاربردها

پلی استایرن یک پلاستیک آمورف است. این پلاستیک از جمله پلاستیک‌های پر مصرف می‌باشد. پلی استایرن برای تولید بدنه خودکار و لوازم التحریر، ساخت انواع ظروف غذایی، ظروف نمونه گیری شیمیایی و پزشکی، تولید ورق پلاستیکی، تولید بلوک فومی جهت عایق بندی، تولید انواع ظروف یکبار مصرف و... مورد استفاده قرار می‌گیرد. پلی استایرن در سه گرید GPPS  یا پلی استایرن عمومی، گرید HIPS  یا پلی استایرن مقاوم در برابر ضربه و EPS  یا پلی استایرن فوم تولید می‌شود. این پلاستیک در حالت آمورف از شفافیت بالایی برخوردار است و در حالت مات به علت ضریب شکست بالا از سفیدی قابل توجهی برخوردار است. پلی استایرن در ایران توسط پتروشیمی تبریز تولید می‌شود.

 

خواص مهم پلی استایرن

وزن سبک

مقاوم در برابر رطوبت

عایق حرارتی و صوتی

فرآیند پذیری راحت

قیمت ارزان

بهداشتی بودن

مقاوم دربرابر حلال‌ها

ظرفیت جذب ضربه بالا

مقاوم در برابر تکثیر باکتری و قارچ

 

تاریخچه و نحوه تولید پلی استایرن

پلی استایرن از پلیمیریزاسیون مونومر استایرن یا اتیلن بنزن حاصل می‌شود.( برای تولید استایرن اتیلن با بنزن در حضور آلومینیوم کلراید واکنش داده می‌شود و اتیل بنزن حاصل می‌شود. سپس اتیل بنزن دهیدروژنه شده و تبدیل به اتیلن بنزن یا استایرن می‌شود.) در واکنش پلیمرشدن، مونومر استایرن با استفاده از آغازگرهای رادیکالی و روش پلیمریزاسیون سوسپانسیونی به پلیمر مورد نظر تبدیل می‌شود.( روش محلولی و امولسیونی نیز برای تولید انواع پلی استایرن استفاده می‌شود.)

نخستین کشف پلی استایرن به شیمیدان آلمانی ادوارد سمون در سال 1839 نسبت داده می‌شود. با این حال پلی استایرن تا سال 1930 به شکل تجاری وارد بازار نشد. در سال 1937 با تلاش شیمیدانانی چون رابرت دریسباخ و شرکت‌های تجاری مطرح از جمله کمپانی DOW گریدهای تجاری پلی استایرن وارد بازار شد و به یکی از پر مصرف ترین پلیمرها جهان تبدیل شد.

 

انواع پلی استایرن از نظر ساختار کریستالی

پلی استایرن به دو نوع اتاکتیک (Atactic) و سندیوتاکتیک (syndiotactic) و ایزوتاکتکیک (Isotactic) تقسیم بندی می‌شود. نوع اتاکتیک به علت بی نظمی بیشتر میزان شفافیت بالایی دارد و نوع سندیوتاکتیک ساختار منظم تری داشته و مقدار ساختار کریستالی نیز دارد. این ساختار کریستالی سبب شده تا سختی و دمای ذوب پلی استایرن سندیوتاکتیک در مقابل پلی استایرن اتاکتیک افزایش یابد و در مقابل شفافیت و مقاومت ضربه آن کاهش یابد.

دمای ذوب پلی استایرن

 دمای ذوب پلی استایرن بستگی به ساختار کریستالی دارد. دمای ذوب پلی استایرن ایزوتاکتیک در محدوده 240  و دمای ذوب پلی استایرن سندیوتاکتیک در محدوده 270 درجه سانتی گراد قرار دارد. دمای ذوب برای پلی استایرن اتاکتیک به علت نداشتن نواحی کریستالی تعریف نشده و برای آن دمای انتقال شیشه ای تعریف می‌شود که در محدوده 100 درجه سانتی گراد قرار دارد.

 

انواع تجاری پلی استایرن

گریدهای تجاری پلی استایرن به سه نوع، پلی استایرن عمومی، پلی استایرن مقاوم در برابر ضربه و پلی استایرن انبساطی تقسیم بندی می‌شوند.

مزایا و نقاط قوت پلی استایرن

پلی استایرن یک پلیمر آمورف است و به علت کم بودن نواحی کریستالی از شفافیت خوبی برخوردار می‌باشد.

-شرینکیج پایین (جمع شدگی پلی استایرن کمتر از 0.5 درصد بوده که آنرا برای قالبگیری تزریقی مناسب می‌سازد.)

-انعطاف پذیری در تشکیل انواع آلیاژ پلیمری

-پایداری ابعادی خوب

 

معایب پلی استایرن

دمای ذوب نسبت بالا ( محدوده 210 تا 250 درجه سانتی گراد) که سبب می‌شود مصرف انرژی برای تولید قطعه افزایش یابد.

شاخص MFI  یا جریان مذاب پایین ( در محدوده 12 تا 16 می‌باشد.)

نفوذ پذیری بالا نسبت به هوا و بخار

شکننده بودن

پلی استایرن عمومی یا GPPS

پلی استایرن GPPS  شفاف، سخت و شکننده است. پلی استایرن در حالت کاملا آمورف پایداری حرارتی کمی داشته و در دمای بالا پایدار نبوده و می‌تواند دستخوش تخریب حرارتی شود برای جلوگیری از تخریب حرارتی پلی استایرن می‌توان از استابلایزرها یا پایدارکننده حرارتی استفاده نمود. ساختارهای ایزوتاکتیک به علت داشته نواحی کریستالی دارای پایداری حرارتی بیشتری هستند. پلی استایرن عمومی برای تولید بدنه لوازم التحریر، ظروف و موارد مشابه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

 

پلی استایرن مقاوم در برابر ضربه یا HIPS

پلی استایرن مقاومت در برابر ضربه در واقع یک کوپلیمر از استایرن و بوتادی ان است. ساختار بوتادی انی سبب افزایش مقاومت ضربه در پلی استایرن می‌شود. پلی استایرن HIPS  در بسیاری از خواص مشابه GPPS  است با این تفاوت که مقاومت ضربه و مقاومت در برابر تنش محیطی بیشتری دارد. پلی استایرن مقاوم به ضربه در ساخت اسباب بازی، لوازم خانگی، ظروف غذایی و...کاربرد دارد. از جمله مهم ترین کاربردهای پلی استایرن HIPS  تولید انواع ورق است که به صورت ورق شفاف، ورق مات و ورق متلایز شده برای کاربردهای مختلف تولید می‌شود.

 

پلی استایرن انبساطی EPS  و XPS

پلی استایرن انبساطی یا EPS یکی از سبک ترین و ارزان ترین مواد عایق حرارت است که به طور گسترده ای به عنوان عایق در ساختمان سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. پلی استایرن EPS  از فوم شدن دانه‌های پلی استایرن توسط گاز پنتان تولید می‌شود. این نوع فوم در دسته بندی فوم‌های سلول بسته قرار می‌گیرد. در واقع سلول‌های تشکیل شده از پلی استایرن شامل 98 درصد هوا هستند که سبب شده خواص عایق حرارتی و صوتی پلی استایرن به شدت افزایش یابد.دمای سرویس دهی پلی استایرن فوم یا EPS  بالا بوده و در محدوده 75 درجه سانتی گراد است. یونولیت‌ها و لیوان نوشیدنی بیرون بر و ظروف غذایی یکبار مصرف از مهم ترین و پر کاربرد ترین محصولات ساخته شده از پلی استایرن انبساطی بوده که به شکل روزمره با آن سروکار داریم. از دیگر کاربردهای EPS  می‌توان به استفاده در ساخت کلاه ایمنی ورزشی و صندلی ماشین اشاره کرد.

 

پلی استایرن EPS  چگونه ساخته می‌شود؟

پس از تشکیل دانه‌های پلی استایرن پنتان به عنوان عامل فوم زا وارد ساختار شده و با افزایش دما به 90 درجه سانتی گراد دانه‌ها از گاز پر شده و شروع به رشد می‌کنند. در پایان فرآیند ذرات پلی استایرن تا 50 برابر اندازه اولیه خود حجیم خواهند شد. بعد از طی مراحلی دانه‌ها وارد مرحله قالبگیری شده و به شکل مورد نظر که معمولا بلوک پلی استایرن است در خواهند آمد.برخی افزودنی‌ها از جمله افزودنی ضد شعله نیز ممکن است در مرحله تولید به پلی استایرن افزوده شوند.

مهم ترین ویژگی پلی استایرن انبساطی

وزن سبک، بازیافت پذیری، امکان لمینه شدن با رزین اپوکسی، عایق حرارتی خوب، مقاوم در برابر رطوبت، مقاوم در برابر فشار، چاپ پذیری و چسبندگی خوب، قیمت پایین و...از مهم ترین خواص پلی استایرن EPS  هستند. پلی استایرن XPS  خواص مشابه داشتی و تنها در برخی خواص با EPS  متفاوت است.

 

تفاوت EPS  و XPS  چیست؟

XPS  نیز مانند پلی استایرن EPS  یک پلی استایرن فوم شده است. با این تفاوت که پلی استایرن XPS  یا Extruded Polystyrene با فرآیند اکستروژن تولید می‌شود. در فرآیند تولید XPS  مواد اولیه پلی استایرن با افزودنی فوم زا مناسب ترکیب شده و فوم پلی استایرن که معمولا به صورت ورق می‌باشد تولید می‌شود. XPS  برای محیط‌های مرطوب که نیاز به مقاومت بالاتری نسبت به رطوبت دارند توصیه می‌شود. همچنین XPS  نسبت به پلی استایرن EPS  مقاومت فشاری بیشتری دارد.

 

کاربردهای روبه رشد پلی استایرن

ورق‌های پلی استایرن را می‌توان با استفاده از شکل دهی تحت خلاء به شکل ظروف غذایی درآورد. این ظروف در سال‌های گذشته محبوب شده اند چرا که تحقیقات نشان داده است که EPS  سبب رشد قارچ و باکتری نشده و ماندگاری مواد غذایی را افزایش می‌دهد. استفاده از ظروف EPS  برای نگهداری سبزیجات، میوه و گوشت رو به رشد می‌باشد چرا که تحقیقات نشان داده که ویتامین C  در ظروف غذایی پلی استایرنی ماندگاری بیشتری نسبت به سایر ظروف دارند.

بازیافت پلی استایرن

پلی استایرن مانند اغلب پلاستیک‌ها بازیافت پذیری است. پلی استایرن در تمام گریدهای عمومی، مقاوم در برابر ضربه و انبساطی قابلیت بازیافت دارد.  

 

 

خواص مکانیکی پلی‌استایرن

 

ازدیاد طول در نقطه شکستن، ٪ Elongation at Break, %	10-50
ازدیاد طول در نقطه تسلیم، % Elongation at Yield, %	1.7-6
مدول خمشی (سفتی)، Gpa Flexural Modulus (Stiffness), Gpa	1.6-2.4
سختی شاخص D Hardness Shore D	100
استحکام کششی در زمان شکست، MPa Tensile Strength at Break, MPa	29.6-48
استحکام کششی در تسلیم Tensile Strength at Yield, MPa	29.6-48
مدول خمشی Young's Modulus, GPa	1.79-3.2
مقاومت در برابر ضربه در دما پایین Toughness at Low Temperature, J/m	20-160
چقرمگی Toughness, J/m	200-215

 

 

خواص فیزیکی پلی‌استایرن

 

چگالی Density, g/cm3	1.02-1.21
مقاومت در برابر اشعه گاما Gamma Radiation Resistance	خوب
دمای انتقال شیشه ای، درجه سانتی گراد Glass Transition Temperature, °C	90-102
انقباض، % Shrinkage, %	0.7-1.6
مقاومت در برابر ضدعفونی(تکرار شده) Sterilization Resistance (Repeated)	ضعیف
مقاومت در برابر نور UV UV Light Resistance	ضعیف
جذب آب 24 ساعته، % Water Absorption 24 hours, %	0.5-1.8

 

خواص الکتریکی پلی‌استایرن

 

مقیاس قوس Arc Resistance, sec	60-120
ثابت دی الکتریک Dielectric Constant	2.7-3.2
مقاومت حجمی Volume Resistivity x  , Ohm.cm	14-16
قدرت دی‌الکتریک Dielectric Strength, kV/mm	15.7-34
ضریب اتلاف Dissipation Factor X	50-90

 

خواص تحمل حرارتی پلی‌استایرن

 

دمای انتقال شکل پذیر / شکننده، درجه سانتی گراد   Ductile / Brittle Transition Temperature, °C	40- ـ25-
HDT @0.46 Mpa (67 psi)، درجه سانتی گراد   HDT @0.46 Mpa (67 psi), °C	68-100
HDT @1.8 Mpa (264 psi)، درجه سانتی گراد   HDT @1.8 Mpa (264 psi), °C	88-100
حداکثر دمای سرویس مداوم، درجه سانتیگراد   Max Continuous Service Temperature, °C	86-89
حداقل دمای سرویس مداوم، درجه سانتیگراد Min Continuous Service Temperature, °C	60-80

 

مشخصات حرارتی پلی‌استایرن

 

ضریب انبساط حرارتی Coefficient of Linear Thermal Expansion x, /°C	7-15
عایق حرارتی Thermal Insulation, W/m.K	0.13-0.19
مقاومت در برابر آتش Fire Resistance (LOI)	17-18
اشتعال پذیری Flammability, UL94	HB

 

 

مشخصات نوری پلی‌استایرن

براقیت Gloss, %

40-96